三板溪电厂4号机组水导摆度偏大分析及处理

王 伟，龙海军

（五凌电力有限公司三板溪电厂，贵州 锦屏556700）

1 概述

三板溪水电站位于贵州省锦屏县沅水干流上游清水江中下游，距县城25km，为沅水梯级开发的龙头水库。工程以发电为主，兼有防洪、航运、梯级补偿等综合效益。水库总库容40.94亿m3，具有多年调节性能，正常蓄水位475.00m。电厂安装4台单机容量为255MW的水轮发电机组，总装机容量1020MW，年发电量24.28亿kW·h。电厂选用哈尔滨电机厂生产的立式水轮发电机组，型号为HLA855-LJ-505。其主要技术参数如下：

水轮机额定功率：256.5MW（单机）

额定水头：128m

最大水头：156.5m

最小水头：97m

导水机构中心线高程：313.45m

额定转速：166.7r/min

飞逸转速：315r/min

旋转方向：俯视顺时针

2 故障情况

4号机组自2018年4月15号（水头：105m）运行以来，一直存在水导摆度偏大问题（同等工况、同水头下相对于1号、2号、3号机组）。如表1所示。

3 原因分析

3.1 现场比对

表1 同工况下水导摆度、上机架振动对比

通过现场查看，相同工况下，现场利用离线设备对4号机组水导X向摆度、上机架Y向水平振动测点进行了现场比对，结果表明：在线监测系统测值与离线设备测值略有差别，但差别不大，在线监测系统测值准确可靠。

表2 在线监测系统测值与离线设备测值比较

3.2 测点波形及频谱分析

现场对4号机组分别进行了60MW、80MW、85MW工况的变负荷试验。各工况点水导X向摆度、上机架Y向水平振动的幅值见表3。

表3 变负荷试验振动表

各工况下水导摆度、上机架水平振动测点波形、频谱图见图1～图3。

图1 60MW工况水导摆度、上机架水平振动波形、频谱图

图2 80MW工况水导摆度、上机架水平振动波形、频谱图

图3 85MW工况水导摆度、上机架水平振动波形、频谱图

结果表明，上机架水平振动由60MW增加至85MW过程中，幅值变化较小，水导摆度存在明显上升；通过在线监测装置频谱分析，60MW、80MW工况水导摆度未见低频分量，85MW工况存在明显低频分量，即机组进入涡带区，受尾水涡带影响，大轴摆度上升明显；60MW、80MW工况尾水管进人门处存在较大噪声，85MW工况尾水管进人门处噪声明显减少。

根据混流式水轮机的基本原理，混流式水轮机在偏离设计工况运行时，转轮出口水流发生旋转运动，在尾水管内形成涡带，水流产生压力脉动，使水轮机运行不稳定。根据偏离设计工况的情况，可将水轮机运行工况分为叶道涡区、涡带区、稳定区。此外，还有叶片进口背面脱流区，出口脱流区等。

当前水头下，60MW、80MW工况为叶道涡区，其特点为水压脉动频率相对较高、机组噪音较大；85MW工况为涡带区，其特点为水压脉动主要为低频，易引起机组摆度上升。

图4 混流式水轮机稳定区域划分示意图

通过上述分析可知4号机组较其他机组水导摆度偏大的原因可能是由于机组轴线曲折、瓦间隙分布不合适引起，同时在部分工况受尾水管涡带的影响，水导摆度将进一步上升。

4 处理方法

在4号机组C级检修中，电厂通过对称抱紧4块下、水导瓦盘上导的方式的对机组进行盘车，盘车记录如表4所示。

表4 盘车记录 单位：0.01mm

三板溪电厂水轮发电机额定转数为166.7r/min，根据《GB8564-2003水轮发电机组安装技术规范》的规定标准，发电机轴上轴承处轴颈及法兰，相对摆度应该不大于0.03mm/m，水轮机轴导轴承处轴颈相对摆度应该不大于0.05mm/m，集电环绝对摆度不应该大于0.50mm，任何情况下水轮机导轴承处的绝对摆度不得超过0.35mm。

相对摆度就是绝对摆度（mm）与测量部位至镜板距离（m）之比值。我厂上导至镜板的距离为5.29m，下导至镜板的距离为1.935m，主轴法兰至镜板的距离为3.805m，水导至镜板的距离为6.68m，由此可以算出各部位各盘车点的相对摆度，显然是符合《GB8564-2003水轮发电机组安装技术规范》的规定标准的。

取上导设计瓦半径值为875mm做标准轴承圆，分析盘车数据上导处最大摆度出现在3号与4号点之间且偏向3号点，同时此处的值为负值，参考上导处的净全摆度（最大值7.56）以0.0756mm为直径做机组实际中心的轨迹圆，由于此时的绝对摆度为负值，间隙圆的圆心应在最大摆度值处，以此为圆心，设计半径值加上此处设计的瓦间隙值（875+0.19）做间隙圆，将实际瓦的位置对应到相同的坐标系内，测量瓦中心线与2个圆之间的距离即可得到瓦间隙。

图5 8号瓦（与+X方向偏差15°）处间隙示意图

三板溪电厂上导单边设计间隙：0.15～0.20mm；下导单边设计间隙：0.15～0.20mm；水导单边设计间隙：0.18～0.22mm。据此对上导、下导、水导间隙分配见表5。

表5 机组导轴承间隙分配表

5 结语

根据检修后盘车记录分配瓦间隙后，4号机组运行至今各导轴承瓦温均在规范范围以内，水导摆度由检修前平均320μm下降至平均168μm左右，水导摆度偏大问题得到彻底解决，为同类型机组处理类似故障提供了参考。